JP5933743B2 - Permanent magnet embedded motor, compressor, and refrigeration air conditioner - Google Patents
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Description
本発明は、永久磁石埋込型電動機、圧縮機、および冷凍空調装置に関するものである。 The present invention relates to an embedded permanent magnet electric motor, a compressor, and a refrigeration air conditioner.
冷凍空調装置の圧縮機に搭載される電動機は、省エネ・低騒音が求められると共に、約150℃の高温雰囲気中での使用を保証する必要がある。一般に、Nd-Fe-B系希土類磁石は、残留磁束密度が高く、電動機の小型・高効率化に向いているが、高温になるほど保磁力が低下する。そのため、この希土類磁石を用いて製作された複数の電動機を同一電流で運転させた場合、高温雰囲気で使用される電動機の方が減磁し易い。このような問題を解決するための方法としては、高温雰囲気中で使用される希土類磁石に、例えばDy(ディスプロシウム)、Tb(テルビウム)といった重希土類元素を添加することである。このことにより、保磁力が向上して減磁に強い電動機が得られる。しかしながら、近年、重希土類元素の希少価値が高まり、調達性や価格高騰のリスクが大きくなっている。そのような情勢を反映して、高効率で低騒音、かつ、保磁力の低い希土類磁石でも減磁せずに使用可能な電動機が求められている。 The electric motor mounted on the compressor of the refrigerating and air-conditioning apparatus is required to save energy and reduce noise, and must be used in a high temperature atmosphere of about 150 ° C. In general, Nd—Fe—B rare earth magnets have a high residual magnetic flux density and are suitable for miniaturization and high efficiency of electric motors, but the coercive force decreases as the temperature increases. Therefore, when a plurality of electric motors manufactured using this rare earth magnet are operated at the same current, the electric motor used in a high temperature atmosphere is more easily demagnetized. As a method for solving such a problem, a heavy rare earth element such as Dy (dysprosium) or Tb (terbium) is added to a rare earth magnet used in a high temperature atmosphere. As a result, an electric motor with improved coercive force and strong demagnetization can be obtained. However, in recent years, the rare value of heavy rare earth elements has increased, and the risk of procurement and price increases has increased. Reflecting such a situation, there is a demand for an electric motor that can be used without demagnetizing even a rare earth magnet having high efficiency, low noise, and low coercive force.
下記特許文献1に記される従来の回転子には、複数枚の電磁鋼板が積層される回転子コアに永久磁石挿入穴が形成され、この永久磁石挿入穴の周方向両側に磁束漏れ防止用の空隙(フラックスバリア)が設けられ、さらに、この永久磁石挿入穴の周方向両側に永久磁石固定用の突起が設けられている。磁束漏れとは、例えば永久磁石の周方向端部の磁束が磁極間の電磁鋼板を介して隣の永久磁石に漏れたり、自己磁石内で短絡することである。このことにより従来の回転子では、永久磁石の位置決めが行われると共に、磁束漏れが抑制され、高効率な電動機が得られる。 In the conventional rotor described in Patent Document 1 below, permanent magnet insertion holes are formed in a rotor core on which a plurality of electromagnetic steel plates are laminated, and magnetic flux leakage prevention is provided on both sides in the circumferential direction of the permanent magnet insertion holes. Are provided with protrusions for fixing permanent magnets on both sides in the circumferential direction of the permanent magnet insertion holes. The magnetic flux leakage means that, for example, the magnetic flux at the circumferential end of the permanent magnet leaks to the adjacent permanent magnet via the electromagnetic steel plate between the magnetic poles or is short-circuited within the self magnet. As a result, in the conventional rotor, the permanent magnet is positioned and magnetic flux leakage is suppressed, so that a highly efficient electric motor can be obtained.
またこの回転子は、上記の突起を有する電磁鋼板とこの突起を有さない電磁鋼板とを組み合わせて構成されている。突起を有する電磁鋼板は、突起を有さない電磁鋼板に対して、突起を設けた分、磁石表裏間の距離が短くなり、自己磁石内で磁束が短絡し易い。この構成により、永久磁石挿入穴に挿入された永久磁石の位置決めを行うことができると共に、突起を有する電磁鋼板の領域を低減することで、より磁束の漏れが少ない、高効率な電動機が得られる。 The rotor is configured by combining the electrical steel sheet having the above-described protrusion and the electrical steel sheet not having the protrusion. The magnetic steel sheet having protrusions has a shorter distance between the front and back of the magnet than the magnetic steel sheet without protrusions, and the magnetic flux is easily short-circuited within the self-magnet. With this configuration, it is possible to position the permanent magnet inserted into the permanent magnet insertion hole, and it is possible to obtain a highly efficient electric motor with less leakage of magnetic flux by reducing the area of the electromagnetic steel sheet having protrusions. .
ここで、永久磁石電動機においては、例えば、負荷が大きいとき、過負荷によって動作中にロック状態となったとき、起動時等の過渡状態にあるとき、或いは、固定子巻線が短絡したときに、大きな電機子反作用が発生し、回転子に逆磁界が加わることがある。特に、集中巻方式の場合には、瞬時的に隣接するティースが異極となってインダクタンスが大きくなり、逆磁界が回転子にかかり易くなる。逆磁界とは、固定子に通電することで発生する回転子の磁極の向きとは相反する極の磁界である。 Here, in the permanent magnet motor, for example, when the load is large, when it is locked during operation due to overload, when it is in a transient state such as at startup, or when the stator winding is short-circuited A large armature reaction may occur, and a reverse magnetic field may be applied to the rotor. In particular, in the case of the concentrated winding method, the adjacent teeth instantaneously have different polarities, the inductance increases, and a reverse magnetic field is easily applied to the rotor. The reverse magnetic field is a magnetic field of a pole that is opposite to the direction of the magnetic pole of the rotor that is generated by energizing the stator.
上記特許文献1に示される従来の回転子のように、永久磁石固定用の突起を有する電磁鋼板とこの突起を有さない電磁鋼板とを組み合わせた場合、逆磁界による減磁磁束が、磁気抵抗の大きいフラックスバリアを避けて、磁気抵抗の小さい磁路である上記の突起を通過しようとする。従って、突起の設けられている領域に減磁磁束が集中してしまい、突起に隣接する永久磁石の一部が減磁するなどの局所的な部分減磁が発生し易いという課題があった。 As in the conventional rotor shown in Patent Document 1, when a magnetic steel plate having a projection for fixing a permanent magnet and an electromagnetic steel plate not having this projection are combined, a demagnetizing magnetic flux due to a reverse magnetic field is reduced by a magnetic resistance. Avoiding a large flux barrier, it tries to pass through the protrusions, which are magnetic paths with low magnetic resistance. Therefore, there has been a problem that local demagnetization is likely to occur, such as demagnetizing magnetic flux concentrates in the region where the protrusion is provided, and a part of the permanent magnet adjacent to the protrusion is demagnetized.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回転子に埋め込まれる永久磁石の減磁を抑制して、更なる信頼性の向上を図ることができる永久磁石埋込型電動機、圧縮機、および冷凍空調装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and can suppress the demagnetization of the permanent magnet embedded in the rotor to further improve the reliability. And a refrigeration air conditioner.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の電磁鋼板を積層してなる回転子コアを固定子コア内に配置して成る永久磁石埋込型電動機であって、前記回転子コアは、軸方向に積層された複数の第1の電磁鋼板と、複数の第2の電磁鋼板とから成り、前記複数の第1の電磁鋼板には、前記回転子コアの磁極を構成する磁石を挿入する複数の磁石挿入孔と、この複数の磁石挿入孔の周方向両端に形成される第1の空隙とが形成され、前記複数の第2の電磁鋼板には、前記複数の磁石挿入孔と、前記複数の磁石挿入孔の周方向両端に形成される第2の空隙と、前記複数の磁石挿入孔の径内側面の周方向両端に形成され前記磁石の位置を規制する突起とが形成され、前記複数の第2の電磁鋼板は、前記複数の第1の電磁鋼板から成る電磁鋼板群の軸方向端部の少なくとも一方に積層され、前記複数の第1の電磁鋼板の軸方向端部に積層された前記複数の第2の電磁鋼板の少なくとも一部が、前記固定子コアの軸方向端部よりもオーバーハングした位置に設けられ、前記固定子コアの軸方向中心から前記固定子コアの軸方向端部までの長さをL1とし、前記回転子コアの軸方向中心から前記回転子コアの軸方向端部までの長さをL2とし、前記L2は前記L1よりも大きい。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention is a permanent magnet embedded electric motor in which a rotor core formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates is arranged in a stator core, The rotor core is composed of a plurality of first electromagnetic steel plates and a plurality of second electromagnetic steel plates stacked in the axial direction, and the magnetic poles of the rotor core are provided on the plurality of first electromagnetic steel plates. A plurality of magnet insertion holes for inserting the constituting magnets and first gaps formed at circumferential ends of the plurality of magnet insertion holes are formed, and the plurality of second electromagnetic steel plates include the plurality of the plurality of magnet insertion holes . and the magnet insertion holes, the projections for restricting the second gap formed in a circumferential direction at both ends of the plurality of magnet insertion holes, the positions of the plurality of said magnets are formed in the circumferential end of the radially inner side of the magnet insertion holes : it is formed, the plurality of second electromagnetic steel sheet, from said plurality of first electromagnetic steel plates That is laminated on at least one axial end of the electromagnetic steel sheet group, at least some of said plurality of second electromagnetic steel plates laminated in the axial end portion of the plurality of first electromagnetic steel sheet, the stator Provided at a position overhanging from the axial end of the core, the length from the axial center of the stator core to the axial end of the stator core is L1, and the axial center of the rotor core up to a length of the axial end portion of the rotor core and L2 from the L2 is larger than the L1.
この発明によれば、突起を有する第2の電磁鋼板を固定子コアの軸方向端部よりもオーバーハングした位置に設けることにより、固定子コアで発生した減磁磁束が第2の電磁鋼板に流れ難くしたので、回転子に埋め込まれる永久磁石の減磁を抑制して、更なる信頼性の向上を図ることができる、という効果を奏する。 According to the present invention, by providing the second electromagnetic steel sheet having the protrusion at a position overhanging from the axial end of the stator core, the demagnetizing magnetic flux generated in the stator core is applied to the second electromagnetic steel sheet. Since it is difficult to flow, there is an effect that the demagnetization of the permanent magnet embedded in the rotor can be suppressed to further improve the reliability.
以下に、本発明に係る永久磁石埋込型電動機、圧縮機、および冷凍空調装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of an embedded permanent magnet electric motor, a compressor, and a refrigeration air-conditioning apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態.
図1は、本発明の実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機(以下「電動機」)100の断面図である。図2は、図1に示される回転子30の斜視図である。図3は、回転子コア34の斜視図である。図4は、第2の電磁鋼板34bを平面視した回転子30の断面図である。図5は、第2の電磁鋼板34bを平面視した回転子コア34の断面図である。図6は、第1の電磁鋼板34aを平面視した回転子30の断面図である。図7は、第1の電磁鋼板34aを平面視した回転子コア34の断面図である。図8は、回転子30の要部断面図である。図9は、磁束の流れを説明するための電動機100の側面図である。図10は、固定子コア10に対する第2の電磁鋼板34bのオーバーハング長と減磁耐力との相関関係を示す図である。図11は、従来の電動機の減磁耐力と本発明の実施の形態に係る電動機100の減磁耐力とを示す図である。Embodiment.
FIG. 1 is a cross-sectional view of an embedded permanent magnet electric motor (hereinafter “electric motor”) 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view of the
図1において電動機100は、固定子コア10および回転子30を有して構成されている。固定子コア10は、例えば厚さ0.35mm程度の電磁鋼板を金型で打ち抜いたものが軸方向に複数枚積層して構成されたものである。固定子コア10は、ヨーク部11と、ヨーク部11から径内方向に延び円周方向に等間隔で設けられる複数のティース部12とを有して構成されている。ティース部12には巻線51(図9参照)が巻回される。電動機100では、指令回転数に同期した周波数の電流が固定子コア10に通電されることにより回転磁界が発生し、この回転磁界により回転子30が回転される。固定子コア10の内周側には、エアギャップ20を介して回転子30が配設されている。
In FIG. 1, the
図2に示される回転子30は、主たる構成として、回転子コア34および永久磁石40を有して構成されている。なお、図2では、後述する突起35と永久磁石40との関係を分かり易くするため、図2の手前側に示される永久磁石40の径外側の鉄心部が省かれている。永久磁石40は、例えば厚さ2mm程度の平板状に形成されたNd−Fe−B系の希土類磁石である。なお、永久磁石40の種類はこれに限るものではない。
The
回転子コア34は、軸方向に積層された複数の第1の電磁鋼板34a(第1の電磁鋼板群)と、第1の電磁鋼板群の両端において軸方向に積層された複数の第2の電磁鋼板34b(第2の電磁鋼板群)とにより構成される。第2の電磁鋼板34bおよび第1の電磁鋼板34aは、例えば厚さが約0.35mmの電磁鋼板を金型で打ち抜いて製作される。
The
回転子コア34の中心部には、回転エネルギーを伝達するためのシャフト50(図9参照)の挿入孔(シャフト孔32)が設けられている。シャフト孔32とシャフト50は、焼嵌、圧入等により連結される。図3に示されるように、回転子コア34には、周方向へ極数分形成された磁石挿入孔36が同一円周上で等間隔に設けられている。磁石挿入孔36は、永久磁石40とほぼ同一の形状である。磁石挿入孔36は、回転子外周面38とシャフト孔32との間において、回転子外周面38の近傍に設けられている。磁石挿入孔36には、隣り合う永久磁石40が径方向に互いに逆極性となるように挿入される。このことにより、それぞれの磁極が構成される。なお、回転子30の磁極数は、2極以上であればよく、本実施の形態では一例として磁極数が6極の回転子30の構成例を説明する。
An insertion hole (shaft hole 32) of a shaft 50 (see FIG. 9) for transmitting rotational energy is provided at the center of the rotor core. The
磁石挿入孔36の径外側面36aと回転子外周面38との間の鉄心部には、スリット37が複数設けられている。このスリット37は、固定子コア10からの電機子反作用磁束を抑制して音振動を小さくするためのものである。また、回転子コア34には、磁石挿入孔36とシャフト孔32との間に、冷媒の流路である空隙である風穴31が複数設けられている。回転子コア34は、磁石挿入孔36の径内側面36bに近設して設けられている。第2の電磁鋼板34bおよび第1の電磁鋼板34aは、これらのスリット37と風穴31が同一の形状になるように形成される。
A plurality of
図4には、磁石挿入孔36に永久磁石40が挿入されている第2の電磁鋼板34bが示され、図5には、磁石挿入孔36に永久磁石40が挿入されていない第2の電磁鋼板34bが示されている。第2の電磁鋼板34bには、磁石挿入孔36と、磁束短絡防止用の空隙である第2のフラックスバリア33bと、磁石固定用の突起35とが形成されている。突起35は、磁石挿入孔36の径内側面36bの周方向両端に形成され、かつ、径内側面36bから径外方向に突出するように設けられている。第2のフラックスバリア33bは、磁石挿入孔36の周方向両側に設けられている。
FIG. 4 shows a second
図6には、磁石挿入孔36に永久磁石40が挿入されている第1の電磁鋼板34aが示され、図7には、磁石挿入孔36に永久磁石40が挿入されていない第1の電磁鋼板34aが示されている。第1の電磁鋼板34aには、磁石挿入孔36と、磁束短絡防止用の空隙である第1のフラックスバリア33aとが形成されている。第1のフラックスバリア33aは、磁石挿入孔36の周方向両側に設けられている。第1の電磁鋼板34aには、第2の電磁鋼板34bの突起35が設けられておらず、磁石挿入孔36の径内側面36bが極間21付近まで直線状に延びている。
6 shows a first
このように第2の電磁鋼板34bには突起35が設けられているが、第1の電磁鋼板34aにはこの突起35が設けられていない。本実施の形態に係る回転子30では、第2の電磁鋼板34bに突起35を設けることにより、永久磁石40が磁極中心に位置決めされ、かつ、駆動中に永久磁石40が動かないように保持することができる。ただし、突起35を設けることにより、突起35が磁石挿入孔36への最短磁路となり、マグネット磁束(隣接する永久磁石40間の磁束)が短絡し易くなる。そのため、突起35の高さ(図4に示される突起35の厚みt)は、永久磁石40を保持可能な範囲で極力小さく形成(例えば1mm程度)することが望ましい。
Thus, although the
また、隣接する永久磁石40間では磁束が短絡し易いため、回転子30は、フラックスバリア(33a、33b)により磁路が狭くなるように設計されている。フラックスバリアの径方向の大きさは、例えば電磁鋼板と同等程度の大きさ(約0.35mm)である。この構成により、永久磁石40の端部での磁束の短絡が防止され、この磁束が固定子コア10(図1参照)に渡り易くなり、発生トルクを大きくすることができる。
Further, since the magnetic flux is easily short-circuited between the adjacent
なお、回転子30を製作する場合、突起35を有する磁石挿入孔36の形状の刃物と、突起35を有さない磁石挿入孔36の形状の刃物とを切り替えてプレス加工を行えばよい。
When the
図9において、回転子コア34の軸方向長さを回転子積厚Xとし、固定子コア10の軸方向長さを固定子積厚Yとし、固定子コア10の軸方向中心から軸方向端部10aまでの長さL1とし、回転子コア34の軸方向中心から軸方向端部34aまでの長さL2とし、回転子積厚Xと固定子積厚Yとの差分をオーバーハング長Zとする。
In FIG. 9, the axial length of the
このとき、回転子積厚Xは、第1の電磁鋼板群に第2の電磁鋼板群を加えた大きさとなり、回転子積厚Xは固定子積厚Yよりも大きく形成されている。本実施の形態に係る電動機100では、例えば固定子積厚Yが40mm、回転子積厚Xが50mmに形成されている。そして、第1の電磁鋼板群は、その積厚が固定子積厚Yより小さい値となるように形成されている。また、第1の電磁鋼板群の両端に設けられた第2の電磁鋼板群は、その積厚が例えばオーバーハング長Zより大きくなるように形成されている。すなわち、第2の電磁鋼板群の一部(第2の電磁鋼板34bが数枚程度)が、固定子コア10と対向する位置に配置されている。
At this time, the rotor product thickness X is a size obtained by adding the second electrical steel plate group to the first electrical steel plate group, and the rotor product thickness X is formed larger than the stator product thickness Y. In the
固定子コア10の軸方向中心と回転子30の軸方向中心は略一致するように配置され、第1の電磁鋼板群は固定子コア10と対向する位置に設けられ、第2の電磁鋼板34bの一部が固定子コア10の軸方向端部10aよりもオーバーハングした位置に設けられている。従って、オーバーハング長Zは10mmとなり、固定子に対して回転子が軸方向両端部に5mmずつはみ出した状態となる。なお、固定子に対する回転子のはみ出し量は軸方向両端部で非対称であっても良い。また、磁石挿入孔36に挿入される永久磁石40は、その軸方向長さが回転子積厚Xと同じ長さに形成されている。
The axial center of the
ここで、回転子30は、回転子30の回転により発生する永久磁石40の遠心力や永久磁石40への電磁力による永久磁石40の振動に対して、永久磁石40の保持強度を確保する必要がある。そのため、上記の保持強度が不足する場合、第2の電磁鋼板群の軸方向の積厚を大きくする必要がある。
Here, the
ただし、回転子30では、減磁の観点より、回転子30に対する第2の電磁鋼板群の割合が少ない方が望ましい。以下、具体的に説明する。図8には従来の電動機の断面が示されている。この電動機の回転子では、第2のフラックスバリア33bと突起35とが形成された第2の電磁鋼板34b1が、固定子コア10と対向する位置に設けられている。すなわち、突起35が固定子コア10と対向する位置に形成されている。そして、回転子では、永久磁石40の径外側面40aから突起35までの距離が永久磁石40の厚さよりも狭くなる。従って、磁気抵抗の大きい第2のフラックスバリア33bを回避した減磁磁束aが、磁気抵抗の小さい突起35に集中して流れようとする。その結果、突起35に隣接する永久磁石40の一部が減磁し、局所的な部分減磁が発生する。
However, in the
なお、永久磁石40は、逆磁界がある閾値の大きさになるまでは元の磁気特性を保持するが、この閾値を超えたとき残留磁束密度が低下し、元の磁気特性に戻らない不可逆減磁となる。不可逆減磁が起きたとき、永久磁石40の残留磁束密度が低下し、トルクを発生させるための電流が増加し、電動機の効率を悪化させるだけでなく、電動機の制御性が悪化し、信頼性の低下をもたらす。このような問題は、磁石挿入孔36から突起35を省くことで解消されるが、突起35が無い場合、永久磁石40を磁極中心に配置することが困難となる。すなわち、永久磁石40が磁極に対して左右方向に位置ずれした場合、回転子表面の磁束密度分布が極に対して非対称となり、音振動の発生や効率の低下をもたらす。また、モータ駆動時に永久磁石に電磁力が働き、永久磁石40が移動して割れる場合や、永久磁石40が音振動の発生源となる場合がある。
The
上記特許文献1に示される従来の回転子は、上記の突起35を有する電磁鋼板とこの突起35を有さない電磁鋼板とを組み合わせて構成されている。この構成により、永久磁石の位置決めを行うことができると共に、突起35による漏れ磁束の影響を緩和することができる。ただし、上述した保持強度を持たせるために第2の電磁鋼板群の軸方向の積厚を大きくした場合、減磁磁束が磁気抵抗の小さい突起35に集中して流れ、突起35に隣接する永久磁石40に部分減磁が発生する。
The conventional rotor shown in Patent Document 1 is configured by combining the electrical steel sheet having the
本実施の形態に係る電動機100では、図9に示されるように、突起35を有さないため減磁し難い第1の電磁鋼板群が、固定子コア10と対向する位置に設けられ、突起35を有するため減磁し易い第2の電磁鋼板34bが、固定子コア10の軸方向端部10aよりもオーバーハングした位置に設けられている。第2の電磁鋼板群は、磁石埋め込み型の電磁鋼板群であるため、第2の電磁鋼板群内に設けられた永久磁石40の磁束b1は、回転子外周面38側の鉄心部を通過して径方向に湾曲しながら固定子コア10に鎖交する。なお、本実施の形態は、効果が最大限に得られるように構成した場合の一例であり、この構成に限定されるものではない。例えば磁石挿入性を改善するために、減磁の影響が小さい範囲で第2の電磁鋼板を固定子コア10と対向する位置に数枚配置した場合でも効果は得られる。また、本実施の形態では、第2の電磁鋼板群が第1の電磁鋼板群の軸方向両端部に配置されているが、これに限定されるものではない。例えば、第1の電磁鋼板群の軸方向端部の一方のみに第2の電磁鋼板群を配置するように構成した場合でも、同様の効果は得られる。
In the
一方、固定子コア10で発生した減磁磁束aは、磁気抵抗が最も小さい部分を通過しようとするため、オーバーハングして磁気抵抗の大きい第2の電磁鋼板群には流れ難い。その結果、突起35が設けられている第2の電磁鋼板群では局所的な減磁が発生し難く、突起35が設けられていない第1の電磁鋼板群でも局所的な減磁が発生することがなく、減磁耐力を改善することが出来る。
On the other hand, since the demagnetizing magnetic flux a generated in the
また、本実施の形態に係る回転子30では、第2の電磁鋼板群が第1の電磁鋼板群の両端に一定間隔を隔てて設けられているため、永久磁石40の挿入性の面でも優れる。
Further, in the
なお、本実施の形態に係る回転子30では、突起35で永久磁石40の位置決めが行われた後に、例えば、風穴31にテーパー状の棒が挿入され、この棒を図4に示される矢印方向に動かすことによって、磁石挿入孔36の径内側面36bと風穴31との間に介在する薄肉部31aが径外方向に変形する。このことにより、磁石挿入孔36の径内側面36bが永久磁石40の径内側面に押しつけられ、永久磁石40が磁石挿入孔36に保持される。従って、第2の電磁鋼板群の軸方向の積厚を大きくしなくとも、上記の保持強度を確保することができる。その結果、第2の電磁鋼板34bの突起35は永久磁石40の周方向の位置決め機能のみを有すればよく、回転子30では、第2の電磁鋼板群の軸方向の積厚を相対的に小さくすることができる。
In the
図10の表は、例えば回転子積厚Xを50mmと仮定したときに、固定子コア10の軸方向端部10aよりもオーバーハングした位置における第2の電磁鋼板群の積厚の割合を0mmから10mmまで変化させたときにおける減磁特性を示している。横軸にはこの第2の電磁鋼板群の積厚の割合が示され、縦軸には減磁耐力が示されている。例えば、横軸の0mmとは、全ての第2の電磁鋼板群が固定子コア10と対向する位置に配置されている状態を表している。また、横軸の10mmとは、全ての第2の電磁鋼板群が固定子コア10の軸方向端部10aよりもオーバーハングした位置に配置されている状態を表している。なお、図10では減磁耐力を以下のように定義している。すなわち、圧縮機の内部を想定した温度(例えば約150℃)において減磁電流を通電し(永久磁石に減磁磁束を印加し)、誘起電圧(モータを外部動力で回転させたとき巻線に発生する電圧)が1%低下する(不可逆減磁する)電流値の比と定義している。
In the table of FIG. 10, for example, assuming that the rotor thickness X is 50 mm, the ratio of the thickness of the second electrical steel sheet group at the position overhanging from the
図10に示されるように、減磁耐力は、第2の電磁鋼板群の積厚の割合が0mmから大きくなるに従って改善され、例えば10mmのとき、減磁耐力は5%改善される。 As shown in FIG. 10, the demagnetization resistance is improved as the ratio of the thickness of the second electrical steel sheet group is increased from 0 mm. For example, when the thickness is 10 mm, the demagnetization resistance is improved by 5%.
なお、電動機100が減磁した場合、電動機100が搭載される圧縮機や冷凍空調機の性能が変動し、また電動機100で発生する電圧が変化するため、電動機100の制御性が悪化する。従って、製品の信頼性を満足するためには、減磁率は1%程度の低下に抑止する必要がある。図11において、従来の電動機は、回転子コアを構成する全ての電磁鋼板に突起35が形成されているものである。従来の電動機の減磁耐力と本実施の形態に係る電動機100の減磁耐力とを比較した場合、電動機100は、従来の電動機に比べて減磁耐力が10%改善されている。従って、電動機100は、従来の電動機と同じ電流範囲で使用した場合、従来の電動機に用いられている永久磁石よりも保磁力の低い永久磁石40を使用することができる。すなわち、電動機100では、保磁力を向上させるための重希土類元素の添加量を減らすことができ、低コスト化を図ることができる。
When the
図11に示される減磁耐力の改善の内訳としては、突起35が設けられた第1の電磁鋼板群の割合を減らしたことにより5%改善され、第1の電磁鋼板群を固定子コア10よりもオーバーハングさせたことにより更に5%改善されている。
The breakdown of the improvement in the demagnetization resistance shown in FIG. 11 is improved by 5% by reducing the ratio of the first electrical steel sheet group provided with the
また、本実施の形態に係る電動機100は、巻線方式、スロット数、および極数によらず以下のような効果を奏する。
Moreover, the
(1)フラックスバリア(33a、33b)を設けることにより、漏れ磁束の少ない高効率な電動機100を得ることができると共に、永久磁石40が減磁し難い信頼性の高い電動機100が得られる。
(1) By providing the flux barriers (33a, 33b), it is possible to obtain a highly efficient
(2)また、減磁に強い電動機100を得ることができるため、従来の電動機と同等の減磁耐力であれば、低保磁力な磁石を使用することが可能となり、重希土類元素の添加量の少ない、安価な希土類磁石を使用することが可能となる。重希土類元素の添加量を減らすと、磁石の残留磁束密度が向上するため、マグネットトルクが向上し、同一トルクを発生させるための電流を小さくすることができ、銅損を低減することができ、かつ、インバータの通電損失を低減させることが可能となる。
(2) Further, since the
(3)また、減磁に強い電動機100を得ることができるため、従来の電動機と同等の減磁耐力であれば、永久磁石40の厚さを薄くすることができ、高価な希土類磁石の使用量を抑制して更なる製造コストの低減を図ることが可能となる。
(3) In addition, since the
(4)また、本実施の形態に係る電動機100を用いることにより、高効率かつ低騒音で減磁しにくい信頼性の高い圧縮機や冷凍空調装置を得ることができる。
(4) Further, by using the
(5)また、本実施の形態に係る回転子30では、例えば、風穴31の径外方向に位置する薄肉部31aが変形されることで、永久磁石40が磁石挿入孔36に固定される。回転子積厚Xが50mmの場合、第2の電磁鋼板群だけで上記の保持強度を確保するためには、第2の電磁鋼板群の積厚が50mmの約半分(25mm)必要である。本実施の形態に係る回転子30では、突起35以外の部位で永久磁石40が固定されるため、第2の電磁鋼板34bは永久磁石40の周方向の位置決め機能のみを有すればよく、第2の電磁鋼板群の積厚を約10mmに抑えることができる。その結果、突起35が形成された第2の電磁鋼板群の領域を低減でき、オーバーハング長Zを小さくすることができる。
(5) Further, in the
なお、永久磁石40を固定する方法は、風穴31を変形される方法に限定されるものではなく、例えば、永久磁石40を磁石挿入孔36の内周面に接着させてもよい。
The method of fixing the
また、本実施の形態で説明した固定子積厚Yや回転子積厚Xの値は一例であり、第2の電磁鋼板34bが固定子コア10の軸方向端部10aよりもオーバーハングするように形成すれば上記同様の効果を得ることが可能である。
Moreover, the values of the stator stack thickness Y and the rotor stack thickness X described in the present embodiment are examples, and the second
また、本実施の形態に係る回転子30では、第2の電磁鋼板群を構成する全ての第2の電磁鋼板34bが固定子コア10の軸方向端部10aよりもオーバーハングしていることが望ましいが、少なくとも1つの第2の電磁鋼板34bが固定子コア10の軸方向端部10aよりもオーバーハングしていれば、同様の効果を得ることが可能である。
Further, in the
また、本実施の形態では、回転子コア34の両端部に第2の電磁鋼板群が設けられているが、回転子コア34の一方の端部のみに第2の電磁鋼板群を設けるようにしても、同様の効果を得ることができる。
In the present embodiment, the second electromagnetic steel sheet group is provided at both ends of the
また、本実施の形態にかかる回転子30を用いた電動機100は、駆動回路(図示せず)のインバータによるPWM制御で可変速駆動を行うことにより、要求の製品負荷条件に合わせた高効率な運転を行うことができ、例えば、空気調和機の圧縮機に搭載された場合、100℃以上の高温雰囲気中での使用を保証することができる。
In addition, the
以上に説明したように、本実施の形態に係る電動機100は、回転子コア34が、軸方向に積層された複数の第1の電磁鋼板34aと、複数の第2の電磁鋼板34bとから成り、第1の電磁鋼板34aには、回転子コア34の磁極を構成する磁石(40)を挿入する複数の磁石挿入孔36と、この磁石挿入孔36の周方向両端に形成される第1の空隙(33a)とが形成され、第2の電磁鋼板34bには、複数の磁石挿入孔36と、この磁石挿入孔36の周方向両端に形成される第2の空隙(33b)と、この磁石挿入孔36の径内側面36bの周方向両端に形成され磁石の位置を規制する突起35とが形成され、第2の電磁鋼板34bは、複数の第1の電磁鋼板34aから成る電磁鋼板群の軸方向端部10aの少なくとも一方に積層され、かつ、固定子コア10の軸方向端部10aよりオーバーハングした位置に設けられている。この構成により、固定子コア10で発生した減磁磁束aが第2の電磁鋼板34bに流れ難くなり、回転子30に埋め込まれる永久磁石40の減磁を抑制して、更なる信頼性の向上を図ることができる電動機100が得られる。
As described above, the
また、本実施の形態に係る電動機100を圧縮機に搭載し、またこの圧縮機を冷凍空調装置にそれぞれ搭載することにより、高効率かつ低騒音で減磁しにくい信頼性の高い圧縮機や冷凍空調装置を得ることができる。
Further, by mounting the
なお、本発明の実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機、圧縮機、および冷凍空調装置は、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略するなど、変更して構成することも可能であることは無論である。 Note that the permanent magnet embedded electric motor, the compressor, and the refrigerating and air-conditioning apparatus according to the embodiment of the present invention show an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique. However, it is needless to say that modifications can be made such as omitting a part without departing from the gist of the present invention.
以上のように、本発明は、永久磁石埋込型電動機に適用可能であり、特に、電動機の高効率化を図りながら更なる製造コストの低減を図ることができる発明として有用である。 As described above, the present invention can be applied to a permanent magnet embedded electric motor, and is particularly useful as an invention capable of further reducing the manufacturing cost while improving the efficiency of the electric motor.
10 固定子コア、10a 軸方向端部、11 ヨーク部、12 ティース部、20 エアギャップ、21 極間、30 回転子、31 風穴、31a 薄肉部、32 シャフト孔、33a 第1のフラックスバリア(第1の空隙)、33b 第2のフラックスバリア(第2の空隙)、34 回転子コア、34a 第1の電磁鋼板、34b 第2の電磁鋼板、34b1 第2の電磁鋼板、34c 軸方向端部、35 突起、36 磁石挿入孔、36a 径外側面、36b 径内側面、37 スリット、38 回転子外周面、40 永久磁石、40a 径外側面、50 シャフト、51 巻線、100 永久磁石埋込型電動機。
10 Stator Core, 10a Axial End, 11 Yoke, 12 Teeth, 20 Air Gap, 21 Pole, 30 Rotor, 31 Air Hole, 31a Thin Wall, 32 Shaft Hole, 33a First Flux Barrier (first 1), 33b second flux barrier (second gap), 34 rotor core, 34a first electromagnetic steel plate, 34b second electromagnetic steel plate, 34b1 second electromagnetic steel plate, 34c axial end, 35 Protrusions, 36 Magnet insertion holes, 36a Diameter outer surface, 36b Diameter inner surface, 37 Slit, 38 Rotor outer peripheral surface, 40 Permanent magnet, 40a Diameter outer surface, 50 Shaft, 51 Winding, 100 Embedded permanent magnet electric motor .
Claims (5)
前記回転子コアは、
軸方向に積層された複数の第1の電磁鋼板と、複数の第2の電磁鋼板とから成り、
前記複数の第1の電磁鋼板には、前記回転子コアの磁極を構成する磁石を挿入する複数の磁石挿入孔と、この複数の磁石挿入孔の周方向両端に形成される第1の空隙とが形成され、
前記複数の第2の電磁鋼板には、前記複数の磁石挿入孔と、前記複数の磁石挿入孔の周方向両端に形成される第2の空隙と、前記複数の磁石挿入孔の径内側面の周方向両端に形成され前記磁石の位置を規制する突起とが形成され、
前記複数の第2の電磁鋼板は、前記複数の第1の電磁鋼板から成る電磁鋼板群の軸方向端部の少なくとも一方に積層され、
前記複数の第1の電磁鋼板の軸方向端部に積層された前記複数の第2の電磁鋼板の少なくとも一部が、前記固定子コアの軸方向端部よりもオーバーハングした位置に設けられ、
前記固定子コアの軸方向中心から前記固定子コアの軸方向端部までの長さをL1とし、
前記回転子コアの軸方向中心から前記回転子コアの軸方向端部までの長さをL2としたとき、
前記L2は前記L1よりも大きい永久磁石埋込型電動機。 A permanent magnet embedded electric motor in which a rotor core formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates is arranged in a stator core,
The rotor core is
It consists of a plurality of first electromagnetic steel plates laminated in the axial direction and a plurality of second electromagnetic steel plates,
In the plurality of first electromagnetic steel plates, a plurality of magnet insertion holes into which magnets constituting the magnetic poles of the rotor core are inserted, and first gaps formed at both circumferential ends of the plurality of magnet insertion holes, Formed,
In the plurality of second electromagnetic steel plates, the plurality of magnet insertion holes, second gaps formed at both ends in the circumferential direction of the plurality of magnet insertion holes, and radially inner surfaces of the plurality of magnet insertion holes Protrusions formed at both ends in the circumferential direction and restricting the position of the magnet are formed,
The plurality of second electromagnetic steel sheets are laminated on at least one of axial end portions of the electromagnetic steel sheet group composed of the plurality of first electromagnetic steel sheets,
At least a part of the plurality of second electromagnetic steel plates laminated on the axial end portions of the plurality of first electromagnetic steel plates is provided at a position overhanging from the axial end portion of the stator core,
The length from the axial center of the stator core to the axial end of the stator core is L1,
When the length from the axial center of the rotor core to the axial end of the rotor core is L2,
Said L2 is a permanent magnet embedded type electric motor larger than said L1.
前記複数の磁石挿入孔の径内側面とこの空隙との間に介在する薄肉部は、径外方向に凸形状であり、
前記突起で位置が規制された前記磁石は、前記薄肉部により、前記複数の磁石挿入孔の内周面に保持された状態である請求項1に記載の永久磁石埋込型電動機。 In the plurality of first electromagnetic steel plates and the plurality of second electromagnetic steel plates, gaps located between the plurality of magnet insertion holes and the rotor shaft are formed,
The thin portion interposed between the radially inner side surface of the plurality of magnet insertion holes and the gap is convex in the radially outward direction,
Wherein said magnet whose position is regulated by the projection, by the thin wall portion, the permanent magnet-embedded motor according to claim 1 situations that der held on the inner peripheral surface of said plurality of magnet insertion holes.
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